一種非對(duì)稱電壓結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種非對(duì)稱壓電結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路，其特征在于，包括模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生單元、開(kāi)關(guān)方式切換單元、MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元、MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元、附加電源單元、串聯(lián)震蕩單元、電壓檢測(cè)單元、非對(duì)稱控制單元，實(shí)現(xiàn)同步開(kāi)關(guān)精確切換，壓電元件電壓非對(duì)稱比例高，翻轉(zhuǎn)電壓范圍大，對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行更有效地控制，在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種非對(duì)稱電壓結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非對(duì)稱壓電半主動(dòng)振動(dòng)控制電路，尤其涉及一種基于電壓同步開(kāi)關(guān)阻尼技術(shù)和電壓非對(duì)稱翻轉(zhuǎn)技術(shù)的非對(duì)稱半主動(dòng)振動(dòng)控制電路。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]壓電半主動(dòng)控制方法是基于壓電主動(dòng)和被動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新的振動(dòng)控制方法，目前正得到廣泛地研究。目前，基于壓電材料的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制方法主要可分為三種:主動(dòng)控制、被動(dòng)控制和半主動(dòng)控制。壓電半主動(dòng)控制方法是基于壓電主動(dòng)和被動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新的振動(dòng)控制方法，目前正得到廣泛地研究。具有代表性的是一種基于非線性同步開(kāi)關(guān)阻尼技術(shù)的半主動(dòng)振動(dòng)控制方法，這種方法被稱為SSD技術(shù)(SSD:Synchronized Switch Damping),在電路中串聯(lián)電感和開(kāi)關(guān)等一些簡(jiǎn)單的電子元件使得壓電元件上的電能被快速消耗或?qū)崿F(xiàn)電壓翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到減振的目的。與被動(dòng)、主動(dòng)控制方法相比，這種方法的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，僅僅開(kāi)關(guān)工作需要外界能量，因此控制所要的外界能量很小，不需要精確的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模型，且控制效果比較穩(wěn)定，適合于寬頻帶振動(dòng)控制，這些使得該方法在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制方面具有廣闊的研究前景。目前，基于非線性同步開(kāi)關(guān)阻尼技術(shù)的半主動(dòng)振動(dòng)控制方法主要分為三種，短路同步開(kāi)關(guān)阻尼技術(shù)(SSDS技術(shù))，電感同步開(kāi)關(guān)阻尼技術(shù)(SSDI技術(shù))和電壓同步開(kāi)關(guān)阻尼技術(shù)(SSDV技術(shù))。
[0004]在以往的研究中，對(duì)于非線性同步開(kāi)關(guān)阻尼技術(shù)的半主動(dòng)振動(dòng)控制方法實(shí)現(xiàn)電路，存在結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移極值判斷不精確、模擬方法實(shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)電路無(wú)法工作在高點(diǎn)壓條件下，且相應(yīng)速度慢，導(dǎo)致壓電元件無(wú)法翻轉(zhuǎn)至較高電壓且保持；大多數(shù)半主動(dòng)振動(dòng)控制方法實(shí)現(xiàn)電路中壓電元件兩端電壓翻轉(zhuǎn)都是對(duì)稱的，而對(duì)于需要電壓非對(duì)稱翻轉(zhuǎn)的壓電元件，該方法則有其局限性。即使有些電路系統(tǒng)中加入了非對(duì)稱翻轉(zhuǎn)控制電路，這些電路也由于實(shí)現(xiàn)方法上的復(fù)雜性導(dǎo)致非對(duì)稱開(kāi)關(guān)相應(yīng)時(shí)間慢，壓電元件電壓非對(duì)稱翻轉(zhuǎn)不理想。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種非對(duì)稱半主動(dòng)振動(dòng)控制電路，用于實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱壓電半主動(dòng)振動(dòng)控制的方法，其結(jié)合基于電壓同步開(kāi)關(guān)阻尼技術(shù)和電壓非對(duì)稱翻轉(zhuǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)電路。
[0007]技術(shù)方案
為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的非對(duì)稱半主動(dòng)振動(dòng)控制方法實(shí)現(xiàn)電路包括模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生單元、開(kāi)關(guān)方式切換單元、MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元、MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元、附加電源單元、串聯(lián)震蕩單元、電壓檢測(cè)單元、非對(duì)稱控制單元；
所述模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生單元與開(kāi)關(guān)方式切換相連，用于接收振動(dòng)位移信號(hào)，通過(guò)模擬電路對(duì)被控對(duì)象的振動(dòng)位移信號(hào)極值進(jìn)行判斷以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)并將開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出到開(kāi)關(guān)方式切換單元；
所述開(kāi)關(guān)切換單元與MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元和外部控制器相連，用于在外部控制器選擇信號(hào)的控制下選擇開(kāi)關(guān)信號(hào)，并將開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出到MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元；
所述MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元用于對(duì)開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行浮地隔離，同時(shí)分離出兩路放大的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，并將控制信號(hào)輸出到MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元；
所述MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元與串聯(lián)振蕩單元和附加電源單元相連，在所述兩路放大的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制下切換施加在串聯(lián)震蕩單元的電壓極性，并輔助串聯(lián)震蕩單元形成電壓翻轉(zhuǎn)與回路隔斷；
所述附加電源單元與外部控制器相連，用于產(chǎn)生兩路壓值相等、極性相反的翻轉(zhuǎn)電壓源，并在外部電壓控制信號(hào)的控制下動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)電壓源壓值；
所述串聯(lián)震蕩單元與電壓檢測(cè)單元和非對(duì)稱控制單元相連，利用LC震蕩原理實(shí)現(xiàn)壓電元件上的電壓在被控對(duì)象振動(dòng)位移達(dá)到極值時(shí)翻轉(zhuǎn)，即極性改變；
所述電壓檢測(cè)單元與非對(duì)稱控制單元和外部控制器相連，用于對(duì)壓電元件上的高電壓進(jìn)行衰減、緩沖，并將衰減緩沖后的電壓信號(hào)輸出到非對(duì)稱控制單元和外部控制器；
所述非對(duì)稱控制單元與串聯(lián)震蕩單元相連，用于輔助串聯(lián)震蕩單元實(shí)現(xiàn)壓電元件兩端電壓的非對(duì)稱翻轉(zhuǎn)。
[0008]更近一步地，該電路與外部控制器配合使用，在外部控制器控制下實(shí)現(xiàn)完整功能。
[0009]更近一步地，所述模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生單元包括:第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、第一比較器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一電容、第二電容、第三電容；
所述第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、第一運(yùn)算放大器依次相連接，構(gòu)成二階濾波電路，對(duì)振動(dòng)幅值信號(hào)進(jìn)行濾波后輸出到第一比較器同相輸入端和第三電阻一端；所述第三電阻、第三電容和第二運(yùn)算放大器依次相連接，構(gòu)成一階移相電路，對(duì)從所述第三電阻一端輸入的信號(hào)進(jìn)行移相后輸出到第一比較器反相輸入端；
所述第一比較器同相輸入端與第一運(yùn)算放大器的輸出端相連，反相輸入端與第二運(yùn)算放大器輸出端相連，并將產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出；
更近一步地，所述開(kāi)關(guān)方式切換單元由模擬開(kāi)關(guān)芯片構(gòu)成，所述模擬開(kāi)關(guān)芯片第一源極引腳接所述第一比較器輸出端，所述模擬開(kāi)關(guān)芯片第二源極引腳接外部控制器，輸入數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)，所述模擬開(kāi)關(guān)芯片邏輯控制輸入引腳接外部控制器，輸入數(shù)字選擇信號(hào)，所述模擬開(kāi)關(guān)芯片漏極引腳與所述MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元相連；
更近一步地，所述MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元包括正向MOS管驅(qū)動(dòng)電路和反向MOS管驅(qū)動(dòng)電路；
所述正向MOS管驅(qū)動(dòng)電路包括:第一雙極性隔離電源、第一光電耦合器、第一二極管、第一三極管、第五電阻、第六電阻；
所述第一雙極性隔離電源對(duì)系統(tǒng)電源是隔離的，正極性電源連接至所述第一光電耦合器的正供電引腳，負(fù)極性電源連接至所述第一光電耦合器的負(fù)供電引腳，參考地端連接至所述第一三極管的集電極和所述第六電阻的一端；
所述第一光電耦合器陽(yáng)極輸入引腳連接所述模擬開(kāi)關(guān)漏極，所述第一光電耦合器陰極輸入引腳接至系統(tǒng)地，信號(hào)輸出腳接所述第五電阻的一端，所述第五電阻的另一端接所述第二二極管的陽(yáng)極和所述第一三極管的基極；所述第二二極管陰極連接所述第一三極管發(fā)射極和所述第六電阻另一端；
所述負(fù)向MOS管驅(qū)動(dòng)電路包括:第二雙極性隔離電源、第二光電耦合器、第二二極管、第二三極管、第八電阻、第九電阻；
所述第二雙極性隔離電源對(duì)系統(tǒng)電源是隔離的，正極性電源連接至所述第二光電耦合器的正供電引腳，負(fù)極性電源連接至所述第二光電耦合器的負(fù)供電引腳，參考地端連接至所述第二三極管的集電極和所述第六電阻的一端；
所述第二光電耦合器陽(yáng)極輸入引腳連接所述模擬開(kāi)關(guān)漏極，所述第二光電耦合器陰極輸入引腳接至系統(tǒng)地，信號(hào)輸出腳接所述第八電阻的一端，所述第八電阻的另一端接所述第二二極管的陰極和所述二三極管的基極；所述第二二極管陽(yáng)極連接所述第二三極管發(fā)射極和所述第九電阻另一端；
所述第一三極管和所述第三三極管為PNP型，所述第二三極管為NPN型。
[0010]更近一步地，所述同步開(kāi)關(guān)組電路包括第一 MOSFET、第二 MOSFET、第五二極管和第六二極管；所述第一 MOSFET柵極連接所述第二二極管陰極，源極接所述第一三極管的集電極和所述第六電阻的一端，所述第二 MOSFET柵極連接所述第四二極管陽(yáng)極，源極接所述第二三極管的集電極和所述第九電阻的一端。
[0011]更近一步地，所述附加電源單元包括第一功率運(yùn)算放大器、第二功率運(yùn)算放大器、第六電容、第七電容、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻；
所述第一功率運(yùn)算放大器、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻組成反相放大器，所述第二功率運(yùn)算放大器、第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻組成同相放大器；所述反向放大器與所述同相放大器增益相等，輸入同一電壓控制信號(hào)；
外部控制器與所述第十電阻、第十四電阻一端相連，輸入電壓控制信號(hào)，所述第十電阻另一端與所述第一功率運(yùn)算放大器同相輸入端相連，所述第十四電阻另一端與所述第二功率運(yùn)算放大器反相輸入端和第十五電阻一端相連；
所述第一功率運(yùn)算放大器反相輸入端接所述第十一電阻一端和第十二電阻一端，所述第十一電阻另一端接地，所述第十二電阻另一端接所述第一功率運(yùn)算放大器輸出端和所述第六電容器一端相連，所述第六電容另一端接地，所述第一功率運(yùn)算放大器輸出端連接至所述第一 MOSFET的源極，輸出負(fù)的翻轉(zhuǎn)電壓；
所述第二功率運(yùn)算放大器同相輸入端接所述第十三電阻一端，所述第十三電阻另一端接地，所述第二功率運(yùn)算放大器輸出端與所述第十五電阻和所述第七電容器一端相連，所述第七電容另一端接地，所述第二功率運(yùn)算放大器輸出端連接至所述第二 MOSFET的漏極，輸出正的翻轉(zhuǎn)電壓。
[0012]更近一步地，所述串聯(lián)震蕩單元包括第一電感與第一壓電元件，所述第一電感一端連接至第五二極管和第六二極管的連接點(diǎn)，所述第一電感的另一端與所述第一壓電元件一端相連，所述第一壓電元件另一端接至地。
[0013]更近一步地，所述電壓檢測(cè)單元包括第十七電阻、第十八電阻和第四運(yùn)算放大器；所述第十七電阻一端接所述第一壓電元件和所述第一電感連接點(diǎn)，所述第十八電阻一端接所述壓電元件接地端，所述第十七電阻另一端與所述第十八電阻另一端相連接，從該連接點(diǎn)輸出所述第一壓電元件兩端電壓的比例縮小值，所述第四運(yùn)算放大器構(gòu)成信號(hào)跟隨器，輸入端連接至所述第十七電阻與所述第十八電阻連接點(diǎn)，輸出端接所述外部控制器。
[0014]更近一步地，所述非對(duì)稱控制單元包括第第二比較器、第七二極管、第八二極管、第三三極管、第三MOSFET、第十六電阻、第八電容；
所述第二比較器的同相輸入端接地，反相輸入端接至所述第十七電阻與所述第十八電阻連接點(diǎn)，輸出端接至第八二極管的陽(yáng)極；
所述第八二極管陽(yáng)極還與第三三極管的基極連接，所述第八二極管陰極連接至所述第三三極管發(fā)射極相連、第三MOSFET柵極和第十六電阻一端，所述第三三極管集電極與所述第十六電阻另一端和第三MOSFET源極相連并接至地，所述第三MOSFET漏極、所述第八電容一端和第七二極管陰極三點(diǎn)連接在一起，所述第八電容另一端連接至所述第一壓電元件和所述第一電感連接點(diǎn)，所述第七二極管陽(yáng)極接所述第一壓電元件的接地端。
[0015]更近一步地，所述第一三極管和所述第三三極管為PNP型，所述第二三極管為NPN型，所述第一 MOSFET與所述第二 MOSFET為N溝道MOSFET。
[0016]有益效果
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:實(shí)現(xiàn)同步開(kāi)關(guān)精確切換，壓電元件電壓非對(duì)稱比例高，翻轉(zhuǎn)電壓范圍大，對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行更有效地控制，在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中具有廣泛地應(yīng)用前景。
[0017]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的非對(duì)稱壓電結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路的連接框圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生電路示意圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)位移、傳感器位移信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)關(guān)系示意圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)電路不意圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的附加電源控制電路示意圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例的串聯(lián)震蕩電路、非對(duì)稱控制電路和電壓檢測(cè)電路意圖。
[0019]

【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]如圖1所示，本實(shí)施例的非對(duì)稱壓電結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路包括:模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生單元101、開(kāi)關(guān)方式切換單元102、MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元103、MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元104、附加電源單元105、串聯(lián)震蕩單元107、電壓檢測(cè)單元108、非對(duì)稱控制單元106。
[0022]該電路與外部控制器配合使用，在外部控制器控制下實(shí)現(xiàn)完整功能。
[0023]如圖2所示，通過(guò)傳感器獲取到的結(jié)構(gòu)振動(dòng)的位移信號(hào)，輸入到模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生單元102，經(jīng)過(guò)二階濾波電路濾除高頻噪聲信號(hào)，再經(jīng)過(guò)一階移相電路分離出一路相位偏移信號(hào)，濾波后的信號(hào)與相位偏移信號(hào)經(jīng)過(guò)第一比較器U3比較，以判斷結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移極值，并產(chǎn)生模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)。圖3為被控結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移、傳感器位移信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)關(guān)系示意圖。
[0024]系統(tǒng)還可以由外部控制器產(chǎn)生數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)，如圖2所示的開(kāi)關(guān)方式切換單元電路用于在外部控制器的控制下選擇兩種開(kāi)關(guān)信號(hào)作為下級(jí)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0025]開(kāi)關(guān)方式切換單元輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入到MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元，如圖3所示，機(jī)輸入到負(fù)向MOS管驅(qū)動(dòng)電路和正向MOS管驅(qū)動(dòng)電路。由隔離電源D⑶C、M0SFET驅(qū)動(dòng)光電耦合器和三級(jí)管放大電路構(gòu)成的MOSFET驅(qū)動(dòng)單元對(duì)開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行浮地隔離，同時(shí)分離出兩路放大的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，并將控制信號(hào)輸出到MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元。
[0026]如圖4所示，MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元由NMOS管Q3串聯(lián)高壓二極管D5和PMOS管Q4串聯(lián)高壓二極管D6構(gòu)成，在MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元輸出的兩路放大的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制下實(shí)現(xiàn)電路的通斷，以切換施加在串聯(lián)震蕩單元的電壓極性，并輔助串聯(lián)震蕩單元形成電壓翻轉(zhuǎn)回路與回路隔斷。
[0027]如圖5所示，附加電源單元與外部控制器相連，用于產(chǎn)生兩路壓值相等、極性相反的翻轉(zhuǎn)電壓源，并在外部電壓控制信號(hào)的控制下動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)電壓源壓值。
[0028]如圖6所示，串聯(lián)震蕩單元與MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元相連，利用LC震蕩原理實(shí)現(xiàn)壓電元件上的電壓在被控對(duì)象振動(dòng)位移達(dá)到極值時(shí)翻轉(zhuǎn)，即極性改變，并與MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元的輔助下實(shí)現(xiàn)電壓保持。
[0029]電壓檢測(cè)單元利用并聯(lián)在壓電元件上的電路R17、R18獲取壓電元件上的電壓，其中R17與R18串聯(lián)分壓，選取適當(dāng)?shù)淖柚悼稍赗18上產(chǎn)生按比例縮小的壓電元件電壓值，如圖6所示?？s小后的電壓輸入到非對(duì)稱控制單元和運(yùn)放U12，U12構(gòu)成信號(hào)跟隨器對(duì)電壓進(jìn)行緩沖，并將衰減緩沖后的電壓信號(hào)輸出到外部控制器。
[0030]如圖6所示，比較器Ull構(gòu)成過(guò)零比較器，當(dāng)壓電元件上電壓小于O時(shí)，比較器輸出總為正，NMOS管Q5導(dǎo)通，即電容C8并入壓電元件兩端，參與LC震蕩，當(dāng)壓電元件上電壓大于O時(shí)，比較器輸出為負(fù)，NMOS管Q5不導(dǎo)通，電容C8不并入壓電元件兩端，不參與LC震蕩。通過(guò)在震蕩的負(fù)向并入電容CS，減小壓電元件負(fù)向的電壓值，實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱翻轉(zhuǎn)的目的。
[0031]以上所述僅為對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施方式及技術(shù)原理的描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)的變化或替換，都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種非對(duì)稱壓電結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路,其特征在于，包括模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生單元、開(kāi)關(guān)方式切換單元、MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元、MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元、附加電源單元、串聯(lián)震蕩單元、電壓檢測(cè)單元、非對(duì)稱控制單元，其中， 所述模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生單元與開(kāi)關(guān)方式切換單元相連，用于接收振動(dòng)位移信號(hào)，通過(guò)模擬電路對(duì)被控對(duì)象的振動(dòng)位移信號(hào)極值進(jìn)行判斷以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)并將開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出到開(kāi)關(guān)方式切換單元； 所述開(kāi)關(guān)切換單元與MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元相連，并受外部控制器控制，用于在外部控制器選擇信號(hào)的控制下選擇開(kāi)關(guān)信號(hào)，并將開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出到MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元； 所述MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元用于對(duì)模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行浮地隔離，同時(shí)分離出兩路放大的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，并將放大的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)輸出到MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元； 所述MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元分別與串聯(lián)振蕩單元和附加電源單元相連，在所述兩路放大的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制下切換施加在串聯(lián)震蕩單元的電壓極性，并輔助串聯(lián)震蕩單元形成電壓翻轉(zhuǎn)與回路隔斷； 所述附加電源單元與外部控制器相連，用于產(chǎn)生兩路壓值相等、極性相反的翻轉(zhuǎn)電壓源，并在外部電壓控制信號(hào)的控制下動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)電壓源壓值； 所述串聯(lián)震蕩單元與電壓檢測(cè)單元和非對(duì)稱控制單元相連，利用LC震蕩原理實(shí)現(xiàn)壓電元件上的電壓在被控對(duì)象振動(dòng)位移達(dá)到極值時(shí)翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行極性改變； 所述電壓檢測(cè)單元與非對(duì)稱控制單元和外部控制器相連，用于對(duì)壓電元件上的高電壓進(jìn)行衰減、緩沖，并將衰減緩沖后的電壓信號(hào)輸出到非對(duì)稱控制單元和外部控制器； 所述非對(duì)稱控制單元與串聯(lián)震蕩單元相連，用于輔助串聯(lián)震蕩單元實(shí)現(xiàn)壓電元件兩端電壓的非對(duì)稱翻轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱壓電結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路，其特征在于，所述模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生單元包括:第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、第一比較器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一電容、第二電容、第三電容； 所述第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、第一運(yùn)算放大器依次相連接，構(gòu)成二階濾波電路，對(duì)振動(dòng)幅值信號(hào)進(jìn)行濾波后輸出到第一比較器同相輸入端和第三電阻一端；所述第三電阻、第三電容和第二運(yùn)算放大器依次相連接，構(gòu)成一階移相電路，對(duì)從所述第三電阻一端輸入的信號(hào)進(jìn)行移相后輸出到第一比較器反相輸入端； 所述第一比較器同相輸入端與第一運(yùn)算放大器的輸出端相連，反相輸入端與第二運(yùn)算放大器輸出端相連，并將產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非對(duì)稱壓電結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)方式切換單元由模擬開(kāi)關(guān)芯片構(gòu)成，所述模擬開(kāi)關(guān)芯片第一源極引腳接所述第一比較器輸出端，所述模擬開(kāi)關(guān)芯片第二源極引腳接外部控制器，輸入數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)，所述模擬開(kāi)關(guān)芯片邏輯控制輸入引腳接外部控制器，輸入數(shù)字選擇信號(hào)，所述模擬開(kāi)關(guān)芯片漏極引腳與所述MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非對(duì)稱壓電結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路，其特征在于， 所述MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)單元包括正向MOS管驅(qū)動(dòng)電路和反向MOS管驅(qū)動(dòng)電路； 所述正向MOS管驅(qū)動(dòng)電路包括:第一雙極性隔離電源、第一光電耦合器、第一二極管、第一三極管、第五電阻、第六電阻； 所述第一雙極性隔離電源對(duì)系統(tǒng)電源是隔離的，正極性電源連接至所述第一光電耦合器的正供電引腳，負(fù)極性電源連接至所述第一光電耦合器的負(fù)供電引腳，參考地端連接至所述第一三極管的集電極和所述第六電阻的一端； 所述第一光電耦合器陽(yáng)極輸入引腳連接所述模擬開(kāi)關(guān)漏極，所述第一光電耦合器陰極輸入引腳接至系統(tǒng)地，信號(hào)輸出腳接所述第五電阻的一端，所述第五電阻的另一端接所述第二二極管的陽(yáng)極和所述第一三極管的基極；所述第二二極管陰極連接所述第一三極管發(fā)射極和所述第六電阻另一端； 所述負(fù)向MOS管驅(qū)動(dòng)電路包括:第二雙極性隔離電源、第二光電耦合器、第二二極管、第二三極管、第八電阻、第九電阻； 所述第二雙極性隔離電源對(duì)系統(tǒng)電源是隔離的，正極性電源連接至所述第二光電耦合器的正供電引腳，負(fù)極性電源連接至所述第二光電耦合器的負(fù)供電引腳，參考地端連接至所述第二三極管的集電極和所述第六電阻的一端； 所述第二光電耦合器陽(yáng)極輸入引腳連接所述模擬開(kāi)關(guān)漏極，所述第二光電耦合器陰極輸入引腳接至系統(tǒng)地，信號(hào)輸出腳接所述第八電阻的一端，所述第八電阻的另一端接所述第二二極管的陰極和所述二三極管的基極；所述第二二極管陽(yáng)極連接所述第二三極管發(fā)射極和所述第九電阻另一端； 所述第一三極管和所述第三三極管為PNP型，所述第二三極管為NPN型。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非對(duì)稱壓電結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路，其特征在于，所述MOSFET同步開(kāi)關(guān)組單元包括第一 M0SFET、第二 M0SFET、第五二極管和第六二極管；所述第一 MOSFET柵極連接所述第二二極管陰極，源極接所述第一三極管的集電極和所述第六電阻的一端，所述第二 MOSFET柵極連接所述第四二極管陽(yáng)極，源極接所述第二三極管的集電極和所述第九電阻的一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非對(duì)稱壓電半主動(dòng)振動(dòng)控制電路，其特征在于，所述附加電源單元包括第一功率運(yùn)算放大器、第二功率運(yùn)算放大器、第六電容、第七電容、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻； 所述第一功率運(yùn)算放大器、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻組成反相放大器，所述第二功率運(yùn)算放大器、第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻組成同相放大器；所述反向放大器與所述同相放大器增益相等，輸入同一電壓控制信號(hào)； 外部控制器與所述第十電阻、第十四電阻一端相連，輸入電壓控制信號(hào)，所述第十電阻另一端與所述第一功率運(yùn)算放大器同相輸入端相連，所述第十四電阻另一端與所述第二功率運(yùn)算放大器反相輸入端和第十五電阻一端相連； 所述第一功率運(yùn)算放大器反相輸入端接所述第十一電阻一端和第十二電阻一端，所述第十一電阻另一端接地，所述第十二電阻另一端接所述第一功率運(yùn)算放大器輸出端和所述第六電容器一端相連，所述第六電容另一端接地，所述第一功率運(yùn)算放大器輸出端連接至所述第一 MOSFET的源極，輸出負(fù)的翻轉(zhuǎn)電壓； 所述第二功率運(yùn)算放大器同相輸入端接所述第十三電阻一端，所述第十三電阻另一端接地，所述第二功率運(yùn)算放大器輸出端與所述第十五電阻和所述第七電容器一端相連，所述第七電容另一端接地，所述第二功率運(yùn)算放大器輸出端連接至所述第二 MOSFET的漏極，輸出正的翻轉(zhuǎn)電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非對(duì)稱壓電結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路，其特征在于，所述串聯(lián)震蕩單元包括第一電感與第一壓電元件，所述第一電感一端連接至第五二極管和第六二極管的連接點(diǎn)，所述第一電感的另一端與所述第一壓電元件一端相連，所述第一壓電元件另一端接至地。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非對(duì)稱壓電結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路，其特征在于，所述電壓檢測(cè)單元包括第十七電阻、第十八電阻和第四運(yùn)算放大器；所述第十七電阻一端接所述第一壓電元件和所述第一電感連接點(diǎn)，所述第十八電阻一端接所述壓電元件接地端，所述第十七電阻另一端與所述第十八電阻另一端相連接，從該連接點(diǎn)輸出所述第一壓電元件兩端電壓的比例縮小值，所述第四運(yùn)算放大器構(gòu)成信號(hào)跟隨器，輸入端連接至所述第十七電阻與所述第十八電阻連接點(diǎn)，輸出端接所述外部控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非對(duì)稱壓電結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲半主動(dòng)控制電路，其特征在于，所述非對(duì)稱控制單元包括第第二比較器、第七二極管、第八二極管、第三三極管、第三MOSFET、第十六電阻、第八電容； 所述第二比較器的同相輸入端接地，反相輸入端接至所述第十七電阻與所述第十八電阻連接點(diǎn)，輸出端接至第八二極管的陽(yáng)極； 所述第八二極管陽(yáng)極還與第三三極管的基極連接，所述第八二極管陰極連接至所述第三三極管發(fā)射極相連、第三MOSFET柵極和第十六電阻一端，所述第三三極管集電極與所述第十六電阻另一端和第三MOSFET源極相連并接至地，所述第三MOSFET漏極、所述第八電容一端和第七二極管陰極三點(diǎn)連接在一起，所述第八電容另一端連接至所述第一壓電元件和所述第一電感連接點(diǎn)，所述第七二極管陽(yáng)極接所述第一壓電元件的接地端。
【文檔編號(hào)】G05D19/02GK104181947SQ201410362370
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】季宏麗, 裘進(jìn)浩, 程衍偉, 張錦, 趙志洲 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)